Direct Assessment of Vorticity Alignment with Local and Nonlocal Strain Rates in Turbulent Flows
一个直接的毕奥-萨伐尔积分被用来分解成其本地和非本地成分的应变率，允许涡度对齐的本地和非本地应变率特征向量进行调查。这些应变率张量成分进行了评估，在湍流使用高分辨率的直接数值模拟的数据。虽然涡度与\textit{combined}应变率的中间特征向量优先对齐，如前所述，本研究结果首次清楚地表明，涡度与\textit{nonlocal}应变率的最扩展特征向量对齐。这反过来又揭示了一个显着的线性贡献的旋涡拉伸动力学在湍流。
2008-10-19 physics.flu-dyn
Drag Reduction by Herringbone Riblet Texture in Direct Numerical Simulations of Turbulent Channel Flow
研究了一种以鸟羽毛为灵感的人字形脊状纹理的湍流减阻效果。纹理由叶片肋组成，呈会聚/发散或人字形图案，具有展向波长$Λ_f$。其目的是量化的阻力变化，这种纹理相比，一个光滑的墙壁，并研究潜在的机制。为此，对具有高度$L_z$的通道中的湍流流动进行了直接数值模拟。阻力分解的FIK恒等式被扩展到纹理壁，并被用来研究阻力变化机制。对于$Λ_f/L_z \gtrsim O(10)$，人字形纹理的行为类似于一个传统的平行条纹纹理偏航：湍流平流输送的抑制结果在一个轻微的阻力减少2%。对于$Λ_f/L_z \lesssim O(1)$，阻力显著增加，最大值为73%。这是由于增强的平均平流和湍流平流，这是由于强大的二次流，形成了区域的脊状收敛/发散。因此，收敛/发散的纹理中的脊的就业似乎是不利的湍流减阻。
2017-03-31 physics.flu-dyn
On the physical origin of enhanced turbulent-dispersion of inertial particles in boundary layer flows
关于湍流边界层流的惯性颗粒输运的最神秘的科学问题之一是湍流施密特数的值，即颗粒扩散率与湍流涡动粘性的比值。通过对湍流颗粒通量剖面的直接声学测量和两相流湍流分辨数值模拟，证明了用现有文献模型预测时，颗粒的湍流弥散是减小而不是增强的。解释在于在静水中的沉降速度的误导性假设，以估计湍流颗粒扩散率，而直接测量和模拟的湍流颗粒通量支持发生的沉降延迟。
2021-12-11 physics.flu-dyn
Small scale aspects of flows in proximity of the turbulent/non-turbulent interface
下面报告的工作是第一次对牛顿流体中湍流/非湍流界面附近无强平均剪切的湍流特性进行研究，重点是小尺度方面。使用的主要工具是三维粒子跟踪系统（3D-PTV），允许测量和遵循拉格朗日方式的速度导数和直接数值模拟（DNS）领域。通过比较界面附近的湍流区（A）、中间区（B）和非湍流区（C）的流动特性，可以直接观察夹带现象背后的关键物理过程。小尺度应变和涡度拟能之间的差异是惊人的，并指出通过源于应变的粘性力的湍流卷吸的明确方案。
2007-05-04 physics.flu-dyn
Rico and the jets: Direct numerical simulations of turbulent liquid jets
本文与2019年美国物理学会流体动力学（DFD）米尔顿·范戴克奖的海报获奖者有关，该奖项是在DFD流体运动画廊展出的作品。原始海报可在流体运动画廊（https://doi.org/10.1103/APS.DFD.2019.GFM.P0020）在线获得
2020-07-24 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Turbulent Open Channel Flow
本文对明渠紊流进行了直接数值模拟，摩擦雷诺数为$Re_τ=200,400,600$。他们的结果进行了比较与封闭的通道数据，以调查的自由表面上的湍流槽道流动的影响。自由表面影响充分发展的湍流统计，到目前为止，速度和涡度成为高度各向异性，因为他们approachingit.While涡度各向异性层的规模在壁单元，速度1被发现的规模与外部流单元，并表现出更大的扩展。此外，还通过谱统计讨论了自由表面对相干超大尺度运动的影响。据发现，展向延伸增加了两个因素相比，独立于雷诺数的封闭通道流。最后，瞬时实现的流场进行了研究，以阐明湍流机制，这是负责在通道流的自由表面的行为。
2022-10-20 physics.flu-dyn
Speed-direction description of turbulent flows
本文引入速度和方向变量来描述不可压缩粘性流的运动。将流体速度${\bf u}$分解为${\bf u}=u{\bf r}$、$u=|{\bf u}|$和${\bf r}={\bf u}/|{\bf u}|$。我们考虑一个定向分裂的纳维-斯托克斯方程的$u$和${\bf r}$的耦合方程组。$u$的方程特别简单，但仅维持系统的能量平衡。在发展湍流的速度和方向的波动之间的弱相关性的假设下，我们进一步说明了$u$ - ${\bf r}$变量的应用来描述剪切湍流的平均统计。标准（完整）雷诺应力张量不会出现在平均流剖面的结果方程中。
2020-11-18 physics.flu-dyn
Finding Closure Terms Directly from Coarse Data for 2D Turbulent Flow
通过在纳维-斯托克斯方程中加入源项，利用机器学习方法直接从粗粒度数据中生成二维湍流的粗粒度模型的封闭项，以确保粗粒度流以正确的方式演化。源项与平均流量相关，使用具有相对简单结构的神经网络，并稍微平滑以防止后验测试中的不稳定性。通过过滤完全解析的结果生成时间相关的粗粒度流场，并且对于用于学习闭合项的流和不用于学习的流，预测的粗粒度流场演化与过滤的结果一致。
2021-04-19 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of the very large anisotropic scales in a turbulent channel
在过去的几十年里，小尺度湍流壁流的知识经历了一个显着的进步，特别是在近壁区域，最高的湍流能量和最大的湍流强度发生的生产。计算机的发展在这一过程中发挥了重要作用，使直接数值模拟变得负担得起（Kim，Moin & Moser，1987），并提供了比大多数实验室实验更广泛的观测可能性。大尺度受到的关注较少，直到最近，它们的重要性和实际大小才得到广泛的认识，这在一定程度上要归功于Hites（1997）和Kim & Adrian（1999）的实验，以及Jimenez（1998）对实验和数值数据的汇编。一个非常大的盒子和一个高雷诺数的要求，使直接数值模拟的VLAS不可接近，直到今天。本报告的目的是作为一个新编制的数值数据库中的大尺度的特点，在中等雷诺数的槽道湍流的初步描述。
2013-09-09 physics.flu-dyn
On the missing link between pressure drop, viscous dissipation and the turbulent energy spectrum
我们提出了令人信服的证据之间的直接联系的压力降，粘性耗散，和湍流能量谱。我们用这一发现来解释Nikuradse的实验结果的压力降的湍流在粗糙的管道，在一个修改后的Kolmogorov长度尺度，随表面粗糙度。此外，我们使用劳弗的测量湍流能谱在管流计算-一个很好的近似-湍流分量的压降直接从平均湍流能谱。我们还表明，不可压缩性假设，导致的结论是，在充分发展的（层流和湍流）管流的粘性耗散，不能通过粘性加热增加流体的温度。
2021-04-25 physics.flu-dyn
Turbulent thermal superstructures in Rayleigh-Bénard convection
我们报告观察到的超结构，即。在高度湍流的瑞利-贝纳德对流直到瑞利$Ra=10^9$中的非常大尺度和长寿命相干结构。我们进行直接的数值模拟，在水平周期域的纵横比高达$Γ=128$。在所考虑的$Ra$数制度的热超结构有一个水平延伸的六至七倍的高度的域和它们的大小是独立的$Ra$。许多实验室实验和数值模拟都集中在小纵横比的细胞，以实现最高可能的$Ra$。然而，在这里，我们表明，对于非常高的$Ra$积分量，如努塞尔数和体积平均雷诺数，仅收敛到$Γ\approx 4$附近的大展弦比极限，而水平平均统计量，如标准差和峰度收敛到$Γ\approx 8$附近，积分尺度收敛到$Γ\approx 32$附近，温度方差和湍动能谱的峰值位置仅在$Γ\approx 64$附近。
2018-04-06 physics.flu-dyn
Impact of Wind Direction on Flow and Turbulent Statistics Over a Realistic Urban Area: A Large-Eddy Simulation Study
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）
通过对巴塞罗那某城区开展大涡模拟，探究风向对真实城市区域流动与湍流统计特征的多尺度影响，采用高分辨率网格与16个风向模拟，获取城市结构的全向响应。
2026-08-06 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of a Turbulent Boundary Layer on a Flat Plate Using Synthetic Turbulence Generation
采用不可压纳维-斯托克斯方程的直接数值模拟（DNS）方法计算平板上的湍流边界层，作为合成湍流发生器（STG）入流边界条件的试验台。入口动量厚度雷诺数约为1，000。该研究验证了STG在边界条件下游5至7个边界层厚度范围内产生精确湍流的能力。还测试了稳定方案变化对边界层发展的影响。此外，所需的网格分辨率的发展区域和下游流动时，使用稳定的有限元方法进行了研究。
2021-02-12 physics.flu-dyn
Constitutive theory of inhomogeneous turbulent flow based on two-scale Lagrangian formalism
针对非均匀湍流发展了一种封闭理论，该理论可以在不依赖任何经验参数的情况下系统地推导湍流本构关系。在对流坐标系中，基于平均流进行重正化摄动近似，成功地将对流积分以一般协变的方式结合起来。
2019-02-26 physics.flu-dyn
Forcing large-scale coherent streaks in a zero pressure gradient turbulent boundary layer
在$\Redstar \approx 1000$中，利用圆柱形粗糙元阵列，在发展良好的湍流边界层中人为地产生大尺度相干条纹。粒子图像测速仪的速度场的措施揭示了再现性好，流向定向，稳定的相干条纹的存在。我们表明，这些相干条纹的振幅在空间中瞬时增长。最大振幅的位置与条纹的展向波长成比例，并且最放大的展向波长具有非常大的尺度$\lz \approx 6 \dblo$。这些结果与最近基于湍流平均流的最佳瞬态增长分析的预测吻合得很好。
2010-04-26 physics.flu-dyn
Conditional statistics of supersonic turbulent boundary layer in the intermittent region
采用直接数值模拟方法研究了超声速湍流边界层间歇区的湍流统计特性。最近，Kwon等人（2016）已经表明，这种间歇性行为（由界面分离的湍流和非湍流共存组成）在使用传统的雷诺分解分析数据时可能会导致危险。在这里，我们将湍流/非湍流界面的研究扩展到超音速状态，并报告界面条件下的湍流统计。我们发现，传统的雷诺/法弗尔分解污染的雷诺应力和热统计的数学假象。我们的条件统计提供了直接的证据，湍流具有正的雷诺切应力无处不在，而非湍流进行零雷诺切应力。湍流和非湍流的热统计在间歇区表现出相反的趋势，这种差异可以追溯到由普朗特数引起的总温度的变化。
2017-10-03 physics.flu-dyn
An investigation of anisotropy in the bubbly turbulent flow via direct numerical simulations
本文通过界面解析DNS结合CLSVOF方法，研究通道内泡状湍流在不同气泡数量、流动方向和Eotvos数下的各向异性特征，揭示气泡近壁聚集或中心聚集对湍动能收支和雷诺应力平衡的影响机制。
2024-06-06 physics.flu-dyn
Generalised quasilinear approximations of turbulent channel flow: Part 2. Spanwise scale interactions
从第1部分（Hernández \emph{et al.}，\emph{arXiv:2108.12395}，2021）继续，在湍流槽道流中使用由展向傅立叶模式定义的流动分解来研究广义准线性（GQL）近似：流动被分解为一组低波数展向傅立叶模式和其余的高波数模式。这种分解导致非线性低波数组支持给定积分长度尺度内的自维持过程，而线性化高波数组不能这样做，不像第1部分中的GQL模型，它对所有积分尺度上的自维持过程进行了最小的数学描述。尽管有重要的物理差异，它表明，在这项研究中的GQL模型共享一些相似之处与第1部分：即减少多尺度行为和各向异性湍流波动。此外，尽管不能支持在高波数组的自我维持的过程中，在本研究中的GQL模型被发现再现一些关键的统计特征，在高波数组仅通过以前的研究提出的“散射”机制。最后，利用GQL近似的性质，进一步进行了一组抑制某些三元非线性相互作用的数值实验。这揭示了某些类型的三元相互作用，包括能量级联和逆能量传递在近壁区发挥的一些关键作用。特别是，在展向方向上的逆能量传递的抑制导致抑制近壁正湍流输送在大尺度。
2021-12-03 physics.flu-dyn
One-point statistics for turbulent pipe flow up to $Re_τ \approx 6000$
本文用直接数值模拟方法（DNS）求解纳维-斯托克斯方程，研究了光滑直管中的湍流流动，圆管截面为$Re_τ \approx 6000$。DNS结果突出了与普朗特摩擦定律的系统偏差，约为$2\%$，在极端雷诺数下可外推至约$4\%$。DNS摩擦系数的数据拟合产生了一个估计的冯卡门常数$k \approx 0.387$，它很好地符合平均速度的配置文件，并支持规范的壁有界流动的普遍性。相同的常数也适用于管道中心线速度，从而为极端雷诺数下管流的渐近状态应该是塞流的主张提供了支持。在仔细检查的雷诺数下，没有发现轴向速度方差内峰对数增长饱和的证据。尽管在我们的DNS中没有直接出现速度方差的外峰，但我们提供了强有力的证据，表明它应该出现在$Re_τ \gtrsim 10^4$，这是由于外壁层的大部分湍流产生超过耗散的结果，从而使经典的均衡假设失效。
2021-06-21 physics.flu-dyn
Large-scale motions from a direct numerical simulation of a turbulent boundary layer
本文介绍了一个新的湍流边界层直接数值模拟数据库的大尺度运动研究，其数值范围可达Reθ ~ 2500。大尺度流向结构的统计数据已经使用二维和三维提取程序进行了研究。大尺度结构的提取使用一个强大的并行化方法通常适用于其他研究领域，以简化复杂的3D对象。不同的结构参数，如长度，形状或角度进行了研究。检测到的结构的特征进行比较，从两点相关性提取的平均对应物。观察到高达10边界层厚度的结构。这些结构的流向长度遵循-2幂律分布，与较高雷诺数下的实验结果相似。
2018-09-13 physics.flu-dyn
Scaling of Turbulent Viscosity and Resistivity: Extracting a Scale-dependent Turbulent Magnetic Prandtl Number
湍流粘度$ν_t$和电阻率$η_t$可能分别是角动量和磁场湍流输运的最简单模型。伴随的湍流磁普朗特数$Pr_t\equiv ν_t/η_t$已被公认为决定吸积盘的最终磁位形。在这里，我们提出了一种方法来确定这些“有效传输”系数在不同的长度尺度上使用粗粒化和最近的结果解耦动能和磁能级联[Bian & Mrsie 2019]。通过分析的动能和磁能级联从一套高分辨率的模拟，我们表明，我们的定义$ν_t$，$η_t$，和$Pr_t$有幂律标度的“解耦范围。我们观察到，在最小的惯性感应尺度下，$Pr_t\approx1 \text{~to~}2$增加到最大尺度下的$\approx 5$。然而，基于物理的考虑，我们的分析表明，$Pr_t$必须成为尺度无关的，并在足够高的雷诺数（或网格分辨率）的解耦范围内的顺序统一，和幂律标度指数的速度和磁谱变得相等。除了对天体物理系统的影响外，尺度相关的湍流输运系数还为大涡模拟建模提供了指导。
2021-07-02 physics.flu-dyn
Turbulent mixing of a hydrogen jet in crossflow: direct numerical simulation and model assessment
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Caterpillar Inc.（卡特彼勒公司）；Convergent Science, Inc.（Convergent Science 公司）
研究基于特定几何形状，用DNS、LES和RANS方法对氢气流横向喷射进行数值研究，重点评估后两者预测湍流流场和混合过程的性能，找出RANS性能不佳原因，提供数据集并对改进湍流混合建模有新见解。
2026-04-23 physics.flu-dyn
A machine-learned probability distribution in the phase space of turbulent channel flow for synthetic turbulence and flow reconstruction
KU Leuven（荷语鲁汶大学）
研究湍流通道流相空间中机器学习概率分布能否近似物理不变分布，通过训练基于流的生成模型并评估相关属性，经与直接数值模拟比较及应用验证，该分布能很好近似湍流动力系统自然分布，可用于合成湍流和流动重构。
2026-07-21 physics.flu-dyn
Analytic prediction for planar turbulent boundary layers
基于涡长和总应力的对称性分析，给出了槽道和湍流边界层（TBL）中相关积分量的平均速度剖面（MVP）和流向（$x$）发展的解析预测。具体的预测是摩擦速度$u_τ$：${ U_e/u_τ}\approx 2.22\ln Re_x+2.86-3.83\ln(\ln Re_x)$ ;边界层厚度$δ_e$：$x/δ_e \approx 7.27\ln Re_x-5.18-12.52\ln(\ln Re_x)$ ;动量厚度雷诺数：$Re_x/Re_θ=4.94[{(\ln {{\mathop{\rm Re}\nolimits} _θ } + 1.88)^2} + 1]$，所有这些都与经验数据吻合良好。
2016-05-23 physics.flu-dyn
Direct velocity measurement of a turbulent shear flow in a planar Couette cell
在一个平面库埃特池中，由水组成的薄流体层在雷诺数为300至1400的透明带之间被剪切。与膜分离相比，细胞流动通道的长度较大。为了提取实验中的流速，相关图像测速（CIV）方法被用于高速摄像机记录的图像。以允许分析与膜分离尺寸相似的流型的分辨率记录流动。然后通过计算流速自相关函数来研究流体流动。在临界雷诺数Re=360以上的尺度上出现的湍流模式显示出用计算出的速度自相关函数证明的特征模式。这些模式是亚稳态的，并在整个实验中的不同位置和时间重新出现。通常，这些图案是湍流辊，其在带移动的方向的流动方向上伸长。虽然流动状态是亚稳态的，但它们与已知出现在圆形泰勒库埃特单元中的稳定泰勒涡具有相似之处。
2014-03-12 physics.flu-dyn
Finite-rate chemistry effects in turbulent hypersonic boundary layers: a direct numerical simulation study
采用直接数值模拟方法研究了高焓效应对高超声速湍流边界层的影响。本文用五组分化学反应模型模拟了自由流马赫数马赫数等于10的准绝热平板空气流，直至充分发展的湍流条件。基于冻结化学假设的同伴DNS也进行了，为了隔离有限速率化学反应的影响，并评估其对湍流量的影响。为了减少与计算域入口处湍流生成相关的不确定性，两种模拟均在层流区域启动，并使流动发展到完全湍流状态。通过局部抽吸和吹扫的模态强迫用于触发层流到湍流的转变。在包括粘性和缓冲子层的近壁区域中达到的高温激活氧和氮的显著解离。这又改变了反应混合物的热力学和传输性质，影响热力学量的一阶统计。由于化学反应在向前方向上的吸热性质，反应层中的温度和密度波动小于冷冻化学品流中的温度和密度波动。然而，一阶和二阶统计的速度场被发现是受化学反应的影响很小的缩放，占修改后的流体性质。我们还观察到，强雷诺类比（SRA）仍然很受尊重，尽管严重的高超音速条件下，计算的表面摩擦系数分布匹配以及扩展到可压缩流的Renard-Deck分解的结果。
2021-03-30 physics.flu-dyn
Continuous growth of droplet size variance due to condensation in turbulent clouds
本文采用随机模式和直接数值模拟的方法研究了湍流对凝结云滴生长的影响。我们发现，液滴尺寸分布的方差随时间增加的t^{1/2}，与增长率成正比的大到小的湍流尺度分离和湍流积分尺度，但独立的平均湍流耗散。直接数值模拟证实了这一结果，并产生现实广泛的液滴大小谱超过20分钟的时间间隔，与降雨形成的时间。
2015-10-05 physics.flu-dyn
Statistics of particle accumulation in spatially developing turbulent boundary layers
本文给出了Reθ = 2500的含颗粒空间发展湍流边界层的直接数值模拟结果。有两个主要的特征将零压力梯度紊流边界层中惯性粒子的行为与更普遍研究的平行槽道流的情况区分开来。第一种是定义流体-颗粒相互作用的局部无量纲参数沿流向的变化。第二种是无旋自由流和近壁旋转湍流的共存。关于第一个问题，可以使用内部和外部流动单位来定义内部和外部斯托克斯数。内斯托克斯数控制的近壁行为类似的情况下，通道流。为了理解层流-湍流界面的影响，我们检查了自由流中最初释放的颗粒的行为，并表明它们与直接注入边界层内的颗粒呈现出不同的行为。在湍流边界层内，距壁面约一个位移厚度处出现最小浓度区。它的形成是由于两种输运机制之间的竞争：向缓冲层的相对缓慢的湍流扩散和向壁面的快速湍流泳动漂移。
2017-03-30 physics.flu-dyn
Assessing the impact of multicomponent diffusion in direct numerical simulations of premixed, high-Karlovitz, turbulent flames
在数值燃烧研究中实施多组分扩散模型在计算上是昂贵的;为了降低成本，数值模拟通常使用混合物平均扩散处理或更简单的模型。然而，混合平均扩散的准确性和适当性尚未得到验证的三维，湍流，预混火焰。在这项研究中，我们评估了多组分的质量扩散的作用，在预混，三维高Karlovitz数的氢，正庚烷，和甲苯火焰，代表一系列的燃料路易斯数。我们还研究了预混，不稳定的二维氢火焰由于扩散效应的重要性，在这种情况下。我们的扩散通量矢量的比较显示，混合物平均和多组分扩散模型之间的差异平均为10-20%，在高火焰曲率的区域大于40%。然而，总体而言，混合物平均模型产生的扩散通量与全球湍流火焰统计数据相比，差异很小。为了评估这两种模型之间的差异的影响，我们比较了归一化的湍流火焰速度和有条件的平均物种质量分数和源项。我们发现平均归一化湍流火焰速度的差异为5-20%，这似乎对应于峰值燃料源项的差异为5-10%。我们的研究结果激励进一步研究混合平均扩散模型是否总是适合预混湍流火焰的DNS。
2020-10-15 physics.flu-dyn
The late start of the mean velocity overlap layer at $y^+=\mathcal{O}(10^3)$ -- A generic feature of ducted turbulent flows
普林斯顿超级管道的一个关键观测结果是在$10^3$内部单位数量级的壁距处对数平均速度重叠层开始较晚。在零压力梯度湍流边界层中重叠层的起始点$y^+\approx 150$和$y^+\approx 10^3$之间，超级管道剖面同样可以用幂律或对数律模拟，其斜率比重叠层中的大。本文指出，平面槽道紊流中的平均速度剖面具有类似的特性，即在$y^+_{\mathrm{break}}\approx 600$处对数斜率突然减小（$κ$增加），这标志着实际重叠层的开始。这种演示的结果从第一次建设的完整的内部和外部渐近展开为了$\mathcal{O}(\mathrm{Re}_τ)^{-1}$从平均速度配置文件的直接数值模拟（DNS）在中等雷诺数。另一方面，库埃特流DNS的初步分析产生在$y^+_{\mathrm{break}}\approx 400$处对数斜率的增加（$κ$的减小）。斜率变化的符号和流动对称性之间的相关性激发了这样的假设，即可能通用的短内对数区域和实际重叠对数律之间的断点对应于源自相对壁的大尺度湍流结构的穿透深度。
2020-05-05 physics.flu-dyn
Computation of Mean Velocity Distribution in a Turbulent Flow
本文提出了一种计算湍流中平均速度分布的近似方法。该方法基于雷诺应力和平均速度之间的关系式。利用压降和平均（总）流速的测量值，计算了各种流体和气体在不同管道和通道中的湍流特性，如平均速度和雷诺应力分布，并与实验测量值进行了比较。这些结果表明，在很大范围的雷诺数下，它们具有良好的一致性。
1999-04-14 physics.flu-dyn
Investigation of high-pressure turbulent jets using direct numerical simulation
基于射流直径（$D$）和射流出口速度（$U_{e}$），对雷诺数（$Re_{D}$）为$5000$的自由圆射流进行了直接数值模拟，研究了超临界压力下射流的湍流特性。射流由$\mathrm{N_{2}}$组成，在相同温度下将其注入$\mathrm{N_{2}}$中。为了理解湍流混合，在施密特数为1时，被动标量随流动被输送。两套流入条件，模型射流从一个光滑的收缩喷嘴（层流流入）或长管喷嘴（湍流流入）被认为是。通过一次改变一个参数，模拟检查喷流的热力学条件的敏感性（其特征在于在压缩因子（$Z$）和归一化的等温压缩性），流入条件，和环境压力（$p_{\infty}$）跨越完美的真实气体条件。流入影响流量统计在近场（包含潜在的核心关闭和过渡区），以及进一步下游（包含充分发展的流量与自相似统计）在大气和超临界$p_{\infty}$。流入的敏感性较大的过渡区，在那里的层流流入射流表现出占主导地位的相干结构，产生更高的平均应变率和更高的湍流动能比在顺向流入射流。在固定的超临界$p_{\infty}$下减小$Z$增强了压力和密度波动（分别由局部平均压力和密度归一化），但对速度波动的影响也取决于局部流动动力学。当$Z$减小时，层流入流射流过渡区的大平均应变率显著增强速度波动（由局部平均速度归一化）和标量混合，而湍流入流射流的影响最小。
2021-06-05 physics.flu-dyn
A FFT-based finite-difference solver for massively-parallel direct numerical simulations of turbulent flows
本文提出了一种用于不可压湍流直接数值模拟的高效并行求解器。该方法使用二阶，有限体积的压力校正计划，其中的压力泊松方程求解的方法的特征函数展开。这种方法允许非常有效的基于FFT的求解器在问题的不同组合的均匀压力边界条件。我们的算法探讨了所有组合的压力边界条件有效的这样一个求解器，在一个单一的，一般的框架。该方法是在一个2D的类锯齿形区域分解，这使得高效的并行模拟。针对不同的规范流的实施进行了验证，并检查其计算性能。优秀的强大的缩放性能高达$10^4$核心证明了一个域与$10^9$空间自由度，对应于一个非常小的挂钟时间/时间步长。由此产生的工具，CaNS，已免费提供和开源。
2019-09-12 physics.flu-dyn
Turbulent flame speed based on the mass flow rate: theory and DNS
通过构成一个统计平面，湍流预混火焰的等温线系综的质量流率的积分公式开始，相应的湍流火焰速度的缩放导出，而不调用Damk{<$}hler的假设。主要的近似和中期结果进行验证，使用一个大的Karlovitz数，单位路易斯数，直接数值模拟（DNS）数据集的正庚烷/空气混合物，计算与减少化学。本文提出了一种新的长度尺度来量化预混火焰结构内等温线的波动距离。
2022-07-12 physics.flu-dyn
Generalised quasilinear approximations of turbulent channel flow: Part 1. Streamwise nonlinear energy transfer
将广义准线性（GQL）近似（Marston \emph{et al.}，\emph{Phys. Rev. Lett.}，第116卷，104502，2016）应用于$Re_τ\simeq 1700$（$Re_τ$是摩擦雷诺数）的湍流通道流，重点是流向波数空间中的能量传递。流动被分解成低和高流向波数组，其中前者是通过考虑完整的非线性方程求解，而后者是从线性方程周围的前者。随后将GQL近似的性能与QL模型的性能进行比较（Thomas \emph{et al.}，\emph{Phys. Fluids.}，第26卷，第10期，105112，2014），其中低波数组仅包含零流向波数。结果发现，QL模型表现出显着减少多尺度行为在给定的适度高雷诺数。这是显着改善的GQL近似，它只纳入了几个流向傅立叶模式到低波数组，它合理地恢复了湍流统计和频谱中的距离从壁缩放。最后，它提出的能量转移从低到高波数组的GQL近似，被称为“散射”机制，取决于中性稳定的领先的李雅普诺夫谱的线性方程组的高波数组。特别是，它示出，如果区分这两个组的阈值波数是足够高的，散射机制可以完全不存在由于高波数组的方程的线性性质。
2021-08-27 physics.flu-dyn
Influence of the impellers' geometry on turbulent von Kármán swirling flows
我们报告了叶片形状及其旋转方向对圆柱体中反向旋转叶片盘产生的湍流（称为von Kármán旋流）的影响的数值证据。我们发现，虽然直或弯曲叶片的搅拌器产生的平均流量可以拓扑相似，湍流生产发生在不同的区域。湍流脉动场的结构和强度也随几何形状而变化，并保持显著的各向异性。从直接数值模拟的结果出发，分析了涡度拟能的动力学过程，指出相对螺旋度h的分布取决于湍流的强迫机制。
2012-08-06 physics.flu-dyn
Dual local and non-local cascades in 3D turbulent Beltrami flows
通过与二维湍流的类比，讨论了三维湍流Beltrami流中存在双重局部和非局部级联的可能性，包括逆能量级联和正螺旋度级联。我们讨论了局域和非局域情况下相应的能谱。与高雷诺数湍流冯卡门流的比较提供和讨论。
2012-06-25 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of turbulent mass transfer at the surface of an open channel flow
我们提出了直接的数值模拟结果的湍流明渠流在散装雷诺数高达12000，再加上（被动）标量运输施密特数高达200。注意捕捉非常大尺度的运动，已经出现了相对温和的雷诺数。根据之前的研究和对未污染表面的理论预测，发现平坦自由表面的传输速度与施密特数的“-1/2”次幂成正比。的缩放的传输速度与雷诺数被发现是不同的，这取决于所使用的雷诺数定义。为了将本结果与在其他系统中获得的结果进行比较，我们在表面影响层的边缘处定义了湍流雷诺数。这使我们能够探测Theofanous [湍流传质在自由，气-液界面，与应用程序的开放通道，气泡和射流的两个政权模型。Int. J. Heat Mass Transfer 19，613- 624，1976]，发现它正确地预测了小尺度涡流对大于500的湍流雷诺数的质量传递有显著影响。它进一步建立的表面发散的均方根是，平均而言，成比例的平均传输速度。然而，瞬时表面发散和传输速度之间的空间相关性往往随着施密特数的增加而减小，随着雷诺数的增加而增加。后者被证明是由增强的相关性在高速区域，这反过来又与表面平行涡的空间分布。
2021-11-30 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of turbulent Taylor-Couette flow
本文描述了完全湍流状态下Taylor-Couette流动的直接数值模拟（DNS）。数值方法扩展了Quadrio和Luchini（Eur. J. Mech. B / Fluids，v.21，pp.413--427，2002），并且基于使用混合空间离散化（均匀方向上的谱方案，以及径向方向上的四阶、紧凑显式有限差分方案）的并行计算机代码。本文首次用DNS方法模拟了湍流状态下的Taylor-Couette流动。统计量的计算，以补充现有的实验信息，以期比较它的平面，压力驱动的湍流在相同的雷诺数值。平面流和曲壁流之间的流量统计差异的主要来源是由于曲率效应产生的大规模旋转结构的存在。
2007-11-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
On a self-sustained process at large scale in the turbulent channel flow
在湍流剪切流中，大尺度运动是重要的，它常常归因于小尺度结构的相互作用。在这里，我们表明，在Re_τ \approx 550的湍流通道中，即使当填充近壁和对数区域的小尺度结构被人为地淬火时，大尺度运动也可以自我维持。这种大尺度自维持机制在宽度小于Lz ~ 1.5h或长度小于Lx ~ 3 h的周期盒中不活跃，这与湍流通道中观察到的最具能量的大尺度很好地对应。
2010-04-23 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of supersonic three-dimensional turbulent boundary layers
STM Journals, Cambridge University Press（剑桥大学出版社）；Center for Turbulence Research, Stanford University（斯坦福大学湍流研究中心）
研究通过直接数值模拟分析超音速三维湍流边界层的热传输和速度变换，揭示了非平衡条件下速度自相似性和雷诺类比的适用性。
2025-04-16 physics.flu-dyn
Description of laminar-turbulent transition of an airfoil boundary layer measured by differential image thermography using directed percolation theory
本研究利用差分成像热成像技术研究翼型边界层层流-湍流转捩，验证了定向渗流理论可有效描述转捩起始且适用于更广流动工况，为流体力学转捩研究提供高精度工具。
2023-11-10 physics.flu-dyn
Velocity-vorticity correlation and turbulent diffusivity in buoyancy driven fluid dynamics
速度-涡度相关积分（Chkhetiani不变量）是粘性Karman-Howarth方程的不变量。在三维空间中，该不变量可以自然地确定湍流扩散率（粘性）。直接数值模拟的结果表明，由该积分控制的分布混沌可以充分描述Prandtl数$Pr \sim 1$下的湍流Rayleigh-Bénard对流、稳定分层湍流和Rayleigh-Taylor混合.
2019-02-18 physics.flu-dyn
Logarithmic boundary layers in highly turbulent Taylor-Couette flow
我们提供了直接测量的边界层特性在高度湍流泰勒-库埃特流高达$\text{Ta}=6.2 \times 10^{12}$使用高分辨率粒子图像测速仪（PIV）。我们发现，在内部和外部圆柱的平均方位角速度分布可以拟合的von卡门对数定律$u^+ = \frac 1κ\ln y^+ +B$。冯卡门常数$κ$被发现依赖于驱动强度$\text{Ta}$和大$\text{Ta}$渐近方法$κ\approx 0.40$。局部方位角速度的方差分布在$y^+ \approx 12$附近具有一个通用峰值，并且当用驱动速度（而不是摩擦速度）重新缩放时会崩溃，显示出$y^+$的对数依赖性，这也适用于通道和管道流[1，2]。
2013-02-25 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of turbulent channel flow under transcritical conditions
跨临界条件下的湍流存在于摇臂发动机的再生冷却系统和化学工程中的提取过程中。在这些复杂的过程中的湍流和相应的传热现象仍然没有得到很好的理解实验和数值。本文的目的是利用湍流通道流的DNS研究跨临界条件下的湍流。一个完全可压缩的求解器结合使用的Peng-Robinson真实流体状态方程来描述跨临界流。采用一个加热的和一个冷却的边界层，模拟了具有两个等温壁面的槽道流动。在这项研究中采用的网格分辨率略高于不可压缩通道流DNS所需的。使用完全（FC）和准保守（QC）计划进行模拟，以评估其跨临界壁边界流的性能。对瞬时流和统计量进行了分析，并与经典理论进行了比较。结果发现，从FC和QC方案的结果定性同意以及与显着的差异附近的顶部加热壁，可以观察到虚假的速度振荡。使用DNS数据，然后，我们检查的有用性汤森附加涡假设的情况下，在跨临界条件下的流动。结果表明，流向能量谱表现出逆波数标度和流向速度结构函数遵循对数标度，从而提供支持的附加涡模型在跨临界条件下。
2017-12-06 physics.flu-dyn
Turbulent-laminar patterns in plane Poiseuille flow
通过直接数值模拟，在一个倾斜的和平移的计算域中使用并行版本的伪谱代码的湍流层流带状图案在平面Poiffille流进行了研究。通过瞬时和时间平均模式的流向涡的3D可视化，以及平均速度场和湍流动能的2D可视化。雷诺数从2300下降到700的模拟表明，从均匀湍流逐渐发展到Re=1900附近的波长为20的半间隙模式，Re=1300附近的波长为40的模式，最后到Re=800附近的层流。这些转变是通过使用傅里叶变换的振幅和相位及其概率分布的诊断来定量跟踪的。流型的传播速度近似于平均通量的传播速度，并且是雷诺数的递减函数。检查的时间平均流表明，湍流带与两个反向旋转的细胞堆叠在交叉通道方向和湍流是高度集中的墙壁附近。在壁面附近，雷诺应力使流体加速通过湍流带，而粘性使其减速;层流剖面的平流作用在两个方向上。在中心，雷诺应力使流体通过湍流带减速，而层流剖面的平流使其加速。这些特征与平面Couette流中的顺层流带状图案进行了比较。
2015-01-18 physics.flu-dyn
Turbulent-laminar patterns in shear flows without walls
湍流-层流不连续性，通常以条带和斑点的形式出现，是壁面剪切流中通向湍流的途径的普遍特征。在这里，我们研究的理想化的剪切无应力边界驱动的正弦体力和证明定量协议之间的湍流在这种流动和发现在内部的平面Couette流-该区域不包括边界层。利用边界层的情况下，我们构建了一个模型流，只使用四个傅立叶模式的剪切方向，但鲁棒地捕捉到的过渡中观察到的时空现象的范围，从斑点增长湍流带和均匀湍流。该模型在保持基本物理特性和与纳维-斯托克斯方程的直接联系的同时，大大降低了模拟间歇性湍流结构的成本。我们证明了这一过程的通用性，通过引入无应力的等效流平面Poietille和管流再次捕获的过渡中看到的顺层结构。
2016-02-17 physics.flu-dyn
Turbulent Bubbly Channel Flow: Role of Bubble Deformability
本文介绍了流体动力学视频：“湍流气泡通道流：气泡变形的作用。“利用直接数值模拟研究了气泡变形能力对湍流垂直通道中气泡上升流流速的影响。一系列的模拟与减少变形性的气泡显示了一个过渡，从流动的可变形的气泡保持在中间的通道的情况下，几乎球形的气泡沿壁滑动。
2011-10-15 physics.flu-dyn
Turbulent skin-friction reduction by wavy surfaces
本文对具有波形壁的充分发展槽道湍流进行了直接数值模拟。波形壁，相对于平均流动方向倾斜，被引入作为一种手段，模拟空间斯托克斯层（SSL）引起的面内壁运动。波形壁上方的横向剪切应变被示出为类似于SSL的横向剪切应变，从而影响湍流，并导致湍流蒙皮-摩擦阻力的减小。压力和摩擦阻力水平被仔细量化为各种流动配置，表现出约0.5%的综合最大总阻力减少。摩擦阻力的减少表现为近似二次波斜率，然后线性较高的斜率，而压力阻力的罚款增加二次。与SSL情况不同，在波浪背风侧上方的壁的一部分上存在增加的湍流产生区域，从而引起耗散的局部增加。横向剪切应变层被证明是近似不依赖于波的几何形状时，在壁单位缩放。
2017-05-16 physics.flu-dyn
Chaotic and turbulent dispersion of heavy inertial particles
利用有效扩散率和分布混沌的概念，研究了被动重惯性粒子在具有Ekman阻力的均匀二维湍流中的混沌和湍流弥散。最近的直接数值模拟的结果已被用于这一目的。本文还简要地讨论了斯托克斯数对这些概念在被动重惯性粒子弥散中的适用性的影响。
2019-05-29 physics.flu-dyn
Large eddy approximation of turbulent flow in DSC schemes
本文在离散奇异卷积（DSC）计算流体动力学框架下，通过周期性细胞粗粒化实现湍流的大涡近似，避免节点流动堆积并保留大尺度模式，且粗粒化操作与DSC近场相互作用原理一致，边界处理简单，数值算例验证了方法的有效性。
2008-08-28 cs.NA math-ph math.MP
Boundary layer evolution in turbulent Rayleigh-Benard convection
我们提出了一个流体动力学的视频，说明了在边界层在湍流瑞利-贝纳德对流的速度场的动态。数据由直接数值模拟得到。
2012-09-28 physics.flu-dyn
Slip Effects in Compressible Turbulent Channel Flow
本文对两块温度相等、方向相反的平行平板间的可压缩充分发展湍流Couette流动进行了直接数值模拟。该算法进行了测试，众所周知的不可压缩Poietille通道流的数值解，并发现提供其良好的描述。在所研究的流动中的滑移效应被发现是可以忽略不计的小值的速度和温度的顺序的单位的调节系数。发现随着温度调节系数的减小，平均温度显著增加。对于流动气体、表面气体和吸附气体的某些组合的可压缩紊流边界层的热交换问题，这种效应可能是重要的。
2012-10-08 physics.flu-dyn
Heat transfer enhancement and reduction by poylmer additives in turbulent Rayleigh Benard convection
这封信证实了存在的传热增强（HTE）和减少（HTR）在湍流自然对流与聚合物添加剂。热膨胀系数和高温气冷比是由Benzi等人数值预测的。(PRL，104，024502，2010），但Ahlers和Nikolaenko（PRL，104，034503，2010）在湍流自然对流中的实验仅观察到HTR。使用直接数值模拟的自然对流，本研究调和较早的数值和实验工作的基础上的聚合物长度的聚合物动力学在拉伸流动中的主导作用。
2010-09-02 physics.flu-dyn
